JP3181292B2 - 流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、請求の範囲の請求項１の前提部による流体
加圧装置を備えた自由ピストンエンジンに関する。

流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジンの従来例
（アメリカ特許第3606591号参照）では、第２のチャン
バの第２のチャンバ部分が、二方弁を備えた接続路を介
して圧縮圧力アキュムレータに接続されている。二方弁
がその閉位置から開位置に切り換わると、圧縮行程が開
始する。圧縮行程における第１の部分の間は作動液は前
記二方弁を介して流れ、その状態は、圧縮行程の第２の
部分において、第２のチャンバの第１のチャンバ部分の
接続路が圧縮圧力アキュムレータからの液の流れのため
の主要部分となるまで持続する。この従来技術のピスト
ンエンジンでは、二方弁に非常に大きなしかも相反する
要求がなされる。つまり、二方弁は、その切り替え時間
をたとえば約1ms程度に非常に短くすべきで、これには
弁を小さくすることが必要であ。しかも、それに反して
二方弁は、圧縮行程の第１の部分における損失を少なく
するためにに、比較的大きな流れ容量をもつべきであ
る。これらの大きくしかも相反する要求に従うことはほ
とんどど不可能であり、現状の自由ピストンエンジンで
は、その効率は二方弁でのエネルギ損失による悪影響を
受けるとともに、エンジンの出力は二方弁の速度の低さ
によって制限を受ける。

本発明の目的は、上記の問題を効果的な方法で解決す
る、流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジンを提供
するこにある。

この目的のため、本発明による自由ピストンエンジン
は、請求の範囲の請求項１の特徴部の特徴を含む。

本発明によると、たとえば圧縮圧力アキュムレータま
たは独立の小さい脈動ポンプに接続された二方弁などの
圧力手段だけが必要であり、それによりプランジャ形ピ
ストン伸長体をごく僅かに動かして、このプランジャ形
ピストン伸長体の通路手段を閉鎖部材によって開かせ、
その後通路手段が圧力手段の仕事を受け継ぐことにな
る。この特徴により、圧力手段は、大きなエネルギ損失
を生じることなしに少量の作動液を送ることだけが必要
となる。その結果、二方弁の遅さを改良した非常に小型
でしかも急速の弁を選択することが可能である。概して
言えば、プランジャ形ピストン伸長体の通路手段は、流
れ抵抗を小さくして、通過する流れのエネルギ損失を低
下させるために、能率の点から大きいものを選択するこ
とができる。その結果、自由ピストンエンジンの出力に
ついての二方弁による現状の制限は解消する。本発明に
もとづく特別な弁は、もちろん他の機能に使用してもよ
い。

好ましくは、閉鎖部材に作用する装置であって、圧縮
行程の終了時にピストンが跳ね返るときにこの閉鎖部材
がピストンに追従して通路手段を閉鎖し続けるが、圧縮
行程が開まるとこの閉鎖部材が通路手段を開くようにさ
せるような装置を設ける。

以下、実施例としての液圧装置を備えた自由ピストン
エンジンを示す図面を参照して本発明を説明する。

図１は、液圧装置を備えた自由ピストンエンジンの一
部分の縦断面図である。

図２は、図１における液圧装置の一部分の代表的な実
施例の実際の構造関係を示す拡大縦断面図である。

図３〜図８は、本発明にもとづく液圧装置の別の実施
例の一部分についての各動作位置によってその液圧装置
の動きを示す図である。

図１は、シリンダ１と、このシリンダ１に配置された
可動ピストン２とからなる自由ピストンエンジンの好適
な実施例を示す。このピストン２は燃焼室３の一方の側
の境界を構成し、燃焼室３の容積が最大となる第１の位
置すなわち下死点と、燃焼室３の容積が最小となる第２
の位置すなわち上死点との間で移動可能である。燃焼室
に空気入口４および燃焼ガス出口５が接続する。燃焼室
３の他方の側の境界を構成するシリンダヘッド６に、デ
ィーゼル油などの燃料を燃焼室３に噴射するための噴射
弁７を設ける。ピストン２の圧縮行程すなわちピストン
２が下死点から上死点まで変位するときに、空気入口４
を経て燃焼室３に供給された空気を圧縮し、そして噴射
弁７から燃焼室３に液体燃料を噴射すると、燃焼室３内
の圧力と温度との影響下で自己着火し、その結果、燃焼
−空気混合体が燃焼室３内で膨張してピストンに下死点
に向かう膨張行程を行なわせる。もちろん、エンジン
は、ディーゼルの原理の代わりに、たとえば火花点火に
よる他の原理にしたがって作動することも可能である。

燃料−空気混合体が膨張する間にピストン２に与えら
れた機械的エネルギを液圧エネルギに変換するため、ま
た液圧エネルギをピストンが圧縮行程を行なう運動に変
換するため、ピストン２にプランジャ形ピストン伸長体
８を設ける。このプランジャ形ピストン伸長体８は、ピ
ストン２側から見て、第１のロッドセクション９と、第
１のプランジャセクション10と、第２のロッドセクショ
ン11と、第２のプランジャセクション12とを含む。

第１のプランジャセクション10は、液圧装置の作動セ
クション13と共働作用し、かつこの目的で第１のチャン
バ14内を摺動可能である。第１のプランジャセクション
10は、第１のチャンバ14の空間16の境界をなす第１の軸
方向面15を含み、この空間16の容積はピストン２の膨張
行程の間に減少する。

作動セクション13は、車両の液圧駆動装置などの利用
機器における高圧側の接続部18に連通する高圧アキュム
レータ17を含む。第１のチャンバ14の空間16は、逆止め
弁20を備える第１の排出路19と、さらなる逆止め弁22を
備える第２の排出路21とを介して、高圧アキュムレータ
17に連通する。第１の排出路19は、ピストン２の膨張行
程における第１の部分の期間だけ作動でき、また逆止め
弁20と同様に流れ抵抗が低い。ピストン２の膨張行程に
おけるある部分が終了すると、第１の排出路19が第１の
プランジャセクション10の周壁によって閉じられる。そ
のとき、第１のチャンバ14の空間16からの液の排出は、
急速逆止め弁22を含む第２の排出路21を介してのみ行な
われる。

液圧装置の作動セクション13は、さらに、液圧駆動装
置などの利用機器の低圧側の接続部24に連通する低圧ア
キュムレータ23を含む。低圧アキュムレータ23は、逆止
め弁26を備える第１の供給路25と、さらなる逆止め弁28
を備える第２の供給路27とを介して、第１のチャンバ14
の空間16に連通する。バイパスライン29により後者の逆
止め弁28をバイパスさせてもよく、このバイパスライン
29は、逆止め弁として作用する位置と、空間16からの作
動液の自由な排出を可能にする位置との間を切り替えで
きる二方弁30を含む。逆止め弁26と第１の供給路25とは
流れ抵抗が低く、これに対し第２の供給路27の逆止め弁
28は急速に閉じるタイプのものであり、例えば強力なセ
ットバックスプリングが設けられている。

ピストン２の圧縮行程における第１の部分で、低圧ア
キュムレータ23から空間16への作動液の供給は、第２の
供給路27を介してのみ可能である。そして、圧縮行程の
第２の部分で、第１の供給路25が第１のプランジャセク
ション１の周壁によって開かれ、そのときに作動液はこ
の第１の供給路25を介して空間16に供給される。

第１のチャンバ14において、第１のプランジャセクシ
ョン10の他方の側に、さらなるチャンバ31が設けられて
いる。このチャンバ31は、第１のプランジャセクション
10が往復運動する間の損失を最小限にするため、好まし
くは加圧されず、例えば流路32を介して周囲に連通して
いる。

第２のプランジャセクション12は、圧縮セクション33
と共働作用し、この目的で第２のチャンバ34内を動く。
第２のチャンバ34は、第２のプランジャセクション12の
直径に等しいか、あるいはここではより大きな直径であ
る第１のチャンバ部分35と、第２のプランジャセクショ
ン12が密閉状態ではまり込むように選択された直径を有
する第２のチャンバ部分36とからなる。

圧縮セクション33はさらに、流れ抵抗の低い第１の接
続路38を介して、第２のチャンバ34の第１のチャンバ部
分35に連通する。第２の接続路39が、第２のチャンバ34
の第２のチャンバ部分36と圧縮圧力アキュムレータ37と
の間に伸び、この第２の接続路39は、第２のチャンバ部
分36への流れを阻止する急速閉動逆止め弁40を含む。

第２のプランジャセクション12と第２のロッドセクシ
ョン11とに、通路41が形成されている。ここで通路41
は、軸方向およびそれに接続する径方向の穴からなる。
この穴は、その一端が、ピストン２が下死点にあるとき
に第１のチャンバ部分35の境界を成す第２の軸方向面42
のすぐ後の位置で、この第１のチャンバ部分35に臨んで
開口する。穴の他端は、プランジャ形ピストン伸長体の
自由端における第３の軸方向面43で開口し、その第３の
軸方向面43は、ピストン２が下死点にあるときに第２の
チャンバ34の第２のチャンバ部分36の境界を成す。通路
41は針状体45の円錐形先端44により閉じることができ
る。この針状体45は、第２のチャンバ部分36を通って伸
びるとともに、案内密閉穴を介して第３のチャンバ46内
に飛び出し、この第３のチャンバ46に密閉状態ではまり
込んでいるプランジャ部材47に接続される。コイルばね
47Aの形の圧縮ばねが、ピストン２とプランジャ形ピス
トン伸長体８との膨張行程の方向と反対の方向で、プラ
ンジャ部材47と針状体45とを負荷する。プランジャ部材
47は針状体45の側で空間48の境界を成し、この空間48に
供給路49が接続し、この供給路49は二方弁50を介して圧
縮圧力アキュムレータ37に接続する。供給路49に別個の
脈動ポンプ要素を設けてもよい。一方、第３のチャンバ
46の空間48が、低圧アキュムレータ23と第２のチャンバ
34の第３のチャンバ部分36との間に伸びる接続路52に、
接続路51によって接続される。接続路52への接続路51の
接続箇所と第３のチャンバ部分36との間に、第３のチャ
ンバ部分36からの作動液の流れに抵抗する急速閉動逆止
め弁53があり、また低圧アキュムレータ23と接続路52へ
の接続路51の接続箇所との間に、低圧アキュムレータ23
への流れを阻止する逆止め弁54がある。逆止め弁54は、
第２の接続路39の急速閉動逆止め弁40よりもゆっくりと
閉動するものであり、その意味は後で説明する。

コイルばね47Aの側で、針状体45のプランジャ部材47
はさらに第３のチャンバ46の第２の空間55の境界を成
し、この第２の空間55は、接続部56を介して、圧縮圧力
アキュムレータ37に開放状態で連通する。

図２は、図１の液圧装置の一部分のさらなる詳細図で
あり、針状体45の構造的な関係が認識できる。たとえ
ば、油の量の結果として現れる繰り返し速度の遅延を最
小限にうるように、空間48の体積を最小に保つため、プ
ランジャ部材47の直径は針状体45の直径よりごく僅か
（５％）しか大きくないことが見られる。先端44は切頭
円錐形であり、そして面取りした部分は、プランジャセ
クション12の通路41の座部に設置できかつ密閉できるよ
うに、僅かに凸状に形成されている。針状体45は、この
針状体45が容易かつ円滑に動けるように、自己位置決め
用の真直な案内部を有する。

液圧装置を備えた本発明の自由ピストンエンジンの通
常の動作は、特にその圧縮行程は、次のようである。

シリンダ１の燃焼室３で自己燃焼により着火した燃料
−空気混合体の膨張の結果であるピストン２の膨張行程
で、作動液は、第１のプランジャセクション10により第
１のチャンバ14の空間16から高圧アキュムレータ17へ排
出される。このとき、まず流れ抵抗の低い第１の排出路
19を介して排出され、その後に第２の排出路21を介して
排出される。このようにして高圧アキュムレータ17の圧
力が増大し、この圧力は接続部18に接続されたた利用機
器により使用できる。

ピストン２の前記膨張行程の間に、針状体45およびプ
ランジャ部材47がコイルばね47Aによって最大限押され
て、針状体45はその円錐状先端44と共に第２のチャンバ
部分36に突出し、最後に第２のチャンバ34の第１のチャ
ンバ部分35に突出する。プランジャ形のピストン伸長体
８が接近すると、このプランジャ形ピストン伸長体８の
第２のプランジャセクション12は、その間に速度が減少
して針状体45の円錐状先端44に接触し、また円錐状先端
44は通路41に進入し、その結果第２のプランジャセクシ
ョン12の通路41を閉じる。ピストン２の膨張行程の第１
の部分で主に第１の接続路38を介して圧縮圧力アキュム
レータ37に排出されていた第２のチャンバ34の作動液
は、第２のプランジャセクション12が第２のチャンバ34
の第２のチャンバ部36に入った後は、第２の接続路39と
急速閉動逆止め弁40とを介してのみ圧縮圧力アキュムレ
ータ37に導かれる。

燃焼チャンバ３の膨張から生じたピストン２のエネル
ギが作動液によって完全に吸収されれば、ピストン２お
よびプランジャ形ピストン伸長体８は休止するにいた
る。作動セクション13の第２の排出路21の逆止め弁22
と、圧縮セクション33の第２の接続路39の逆止め弁40と
の両者は急速に閉じ、これにより空間16と第２のチャン
バ部分36との作動液がそれぞれ逆流できなようにする。
しかし、作動セクション13と圧縮セクション33の作動液
は高圧を受けており、空間16と第２のチャンバ部分36と
第２の排出路21と第２の接続路39とにおける作動液は膨
張する傾向にあり、それによって非常に高い加速度でピ
ストンを跳ね返す。この跳ね返しは、第２の軸方向面42
に作用する第２のチャンバ34の第１のチャンバ部分35で
の圧縮圧力により生じたプランジャ形ピストン伸長体８
の保持力が、プランジャ形ピストン伸長体８のその逆向
きの力と平衡状態になるまで持続する。

針状体45は、第２のプランジャセクション12の通路41
を円錐状先端44で閉じた状態に保つために、ピストン２
のこの非常に迅速な跳ね返りに追従しなければならな
い。そうしなければ、作動液が第１のチャンバ部分35か
ら通路41を介して第２のチャンバ部分36に流れることが
でき、それにより新しい圧縮行程を開始するからであ
る。針状体45がピストン２に追従できるのは、膨張行程
の終了時において針状体45のプランジャ部材47が動く間
に低圧アキュムレータ23から吸い込まれる作動液が通過
する逆止め弁54が、第２の接続路39の逆止め弁40よりも
低速で閉じるからである。このように逆止め弁40が急速
に閉じるため、第２のチャンバ部分36の圧力は迅速に低
下し、それによってまず空間48の圧力が低圧アキュムレ
ータ23の圧力と同じぐらい低く保たれ、また逆止め弁54
が閉じた後に第２のチャンバ部分36の圧力がやがて低下
し、それによって空間48内の圧力も逆止め弁53を介して
逃すことができる。このようにして、空間38の圧力が低
く保たれ、したがってピストン２とプランジャ形ピスト
ン伸長体８とがその下死点から跳ね返るときに、針状体
54のプランジャ部材47には大きな保持力が存在しない。
これにより、コイルばね47Aの力とプランジャ部材47の
圧縮圧力によって針状体45はプランジャ形ピストン伸長
体８の動きに追従でき、そのためプランジャ形ピストン
伸長体８の通路41が針状体45の円錐状先端44で閉じられ
た状態に維持され、それによってピストン２は下死点に
保持されることができる。新しい圧縮および膨張行程が
要求される場合にのみ、ピストン２は再び運動される。

ピストン２が下死点付近で跳ね返るときに、作動液
が、第２のチャンバ34の第２のチャンバ部分36から針状
体45を通り越して第３のチャンバの空間48に漏れるかも
しれない。第２のチャンバ46におけるこの空間48および
そこに接続される流路の容積は、針状体45の機能を妨害
するであろうこのような場合の過大な圧力上昇を防止す
るために、十分大きなものとされている。

ピストン２の新しい圧縮行程を開始するため、二方弁
50を切り換える。それにより作動液は、圧縮圧力アキュ
ムレータ37から排出路49を介して第３のチャンバ46の空
間48に流れ、そして接続路51と逆止め弁53と接続路52と
を介して第２のチャンバ34の第２のチャンバ部分36に流
れる。この圧力パルスによって第３の軸方向面43に負荷
がかかり、第２のプランジャセクション12と、したがっ
てプランジャ形ピストン伸長体８およびピストン２とを
押して動かすが、コイルばね47Aが低速でありまたばね
力が不十分なため、針状体45はプランジャ形ピストン伸
長体８に追従できない。第２のプランジャセクション12
がごく僅かに変位した後、通路41が開かれており、それ
によって作動液が第１のチャンバ部分35から第２のチャ
ンバ部分36に流れ、力の平衡をくずし、ピストンを発射
させる。通増41の直径が比較的大きく、また流れ抵抗が
小さいので、迅速で効率の高い圧縮行程を行なうことが
できる。ピストン２が去ったあと、針状体45はコイルば
ね47Aによりその最終端の位置まで強制的に動かされ、
そこで針状体45は次の圧縮行程で再びプランジャ形ピス
トン伸長体８を受けることができる。

本発明によると、ピストンの圧縮行程を開始するため
の二方弁50に対し、もはや流れ抵抗の小ささに関する大
きな要求はなされない。なぜなら、この二方弁50にはピ
ストン２の圧縮行程における非常に僅かな部分の間だけ
流れが生じ、その後はプランジャ形ピストン伸長体８の
通路41がこの仕事を受け継ぐからである。

自由ピストンエンジンを始動するときや、燃焼室３で
燃焼−空気混合体が着火せず、その結果ピストン２がそ
の下死点まで動かされなかった、いわゆる「ミスファイ
ア」の後で再始動するときに、ピストン２を下死点まで
動かすために使用される補助装置57が、液圧装置に設け
られていることが、図１においてさらに示されている。
この補助装置57は第２のチャンバの第１のチャンバ部分
35に空間58を有する。そして、プランジャ形ピストン伸
長体８の第２のロッドセクション11に密閉可能かつ滑動
可能に係り合うとともに、第２のチャンバ34の第１のチ
ャンバ部分35の周壁に密閉可能に係り合う環状部材60の
軸方向面59が、空間58の境界を成す。空間58に補助路61
が接続し、この補助路61に双方向ポンプ62が設けられ、
このポンプは圧縮圧力アキュムレータ37に接続する。

自由ピストンエンジンが普通に動作する間、環状部材
60は図示の位置に実質的に止まっており、そこであたか
も第１のチャンバ部分35の固定壁として働き、そして第
２のロッドセクション11が環状部材60を通って往復運動
する。補助装置57を動作させるときには、液圧装置の作
動セクション13のバイパスライン29の二方弁30を切り替
えて、空間16における高い圧力を降下させる。そして、
二方向ポンプ62を駆動して、環状部材60がピストン２の
下死点に向かう方向に変位するように、空間58を加圧す
る。ある時点で、第２のプランジャセクション12に形成
された第２の軸方向面42に環状部材60が接し、それによ
り環状部材60がプランジャ形ピストン伸長体８したがっ
てピストン２を所定の位置まで到達させる。新しい圧縮
行程を行なう前に、環状部材60を最初の位置に戻すこと
ができる反対方向に二方向ポンプ62を駆動することによ
り、この環状部材60をその最初の位置まで戻す。この環
状部材60を使用することにより空間58は必要な場合にの
み使用され、環状部材60をプランジャ形ピストン伸長体
に固定した場合のように空間58を連続的に満たしたり空
にしたりすることは生じない。

図３〜図８は、本発明による液圧装置の圧縮セクショ
ンの別の実施例を示す。この実施例は、特にピストン８
の圧縮行程の開始を促進することを意図したものであ
る。二方弁50は、並列の逆止め弁63を含んで、圧力ブー
スタ64に接続されている。この圧力ブースタはプランジ
ャ65を有し、このプランジャ65は、それぞれ空間69、7
0、71の境界を成す軸方向面66、67、68を有する。プラ
ンジャ65は、ばね72によって、二方弁56に接続した空間
69が最小となる位置に向かう方向にバイアスされる。空
間71は段状であり、その最小の部分の直径は対応する軸
方向面68の直径に等しく、このプランジャ65の軸方向面
68が空間71の二つの部分を分離させることができる。圧
力ブースタ64の空間70は、プランジャ形ピストン伸長体
８の軸方向面43に隣接する第２のチャンバ部分36に連通
する。圧力ブースタ64の空間71における直径が大きい形
の部分は、逆止め弁73を介して第２のチャンバ部分36に
連通するとともに、逆止め弁74を介して低圧アキュムレ
ータ23に連通する。空間71における直径が小さい形の部
分は、針状体45のプランジャ部材47のための空間48に直
接に連通する。逆止め弁76を並列に有する第２の二方弁
75が、圧縮圧力アキュムレータ37と第２のチャンバ部分
36との接続部分に配置される。

この液圧装置についての別の実施例の動作を、図３〜
図８にもとづいて次に説明する 図３は、ピストン２がプランジャ形ピストン伸長体８
とともに圧縮行程の終わり近くに到達したときの、各部
材の位置を示す。針状体45はばね47Aにより強制的に最
端部の位置に置かれ、またプランジャ65はばね72により
その休止位置に保たれている。二方弁50、75は閉じてい
る。

図４では、プランジャ形ピストン伸長体８のプランジ
ャセクション12は第２のチャンバ部分36に到達してお
り、プランジャセクション12は針状体45の先端44と係り
合い、第２のプランジャセクション12の通路41は閉じて
いる。針状体45およびプランジャ部材47は、プランジャ
形ピストン伸長体８によって、コイルばね47Aの力に抗
して動かされる。その結果、プランジャ部材47の前方の
空間48の圧力が低下する。空間48と圧力ブースタ64の空
間71とは直接連通されているので、そこの圧力も減少し
て低圧アキュムレータ23の圧力となる。

図５では、プランジャ形ピストン伸長体８は、最端部
の位置から安定化された下死点まで僅かに跳ね返ってい
る。この第２のチャンバ部分36における第２のプランジ
ャセクション12のこの跳ね返りにより、第２のチャンバ
部分36の圧力は、実質的に低圧アキュムレータ23の圧力
まで低下する。針状体45のプランジャ部材47での圧力差
と、コイルばね47Aの力とのために、針状体45はプラン
ジャ形ピストン伸長体８の動きに追従でき、したがって
第２のプランジャセクション12の通路41は閉じたままで
ある。

図６は、ピストン２の圧縮行程の開始を示す。この目
的で、二方弁50と、この実施例では二方弁75とが開く。
二方弁50が開くため、圧縮圧力アキュムレータ37からの
圧力が、圧力ブースタ64の空間69に到達して、そのプラ
ンジャ65の軸方向面66に作用する。それによって、プラ
ンジャ65は、ばね72の力に抗して押され、空間71におけ
る直径が小さい部分が軸方向面68で閉じられる程度の距
離を動く。その結果、針状体45のプランジャ部材47の前
方の空間48も閉じ、この空間48で圧力が増大する。空間
48のこの圧力により、針状体45の運動が阻止される。圧
力ブースタ64のプランジャ65の変位によって、空間70お
よび第２のチャンバ部分36の圧力が上昇する。第２の二
方弁75により、圧縮圧力が第２のチャンバ部分36に入る
ので、この第２のチャンバ部分の圧力がかなり高くな
る。付加的な二方弁75によるこの援助は、振動数の範囲
についての95％の部分では必要でないが、振動数が低い
場合は、より容易に制御を行なうためにこの二方弁75を
使用できる。

図７は、プランジャ形ピストン伸長体８が、第２のチ
ャンバ部分36の圧力によってその圧縮行程を開始したと
きの位置を示す。このとき、空間48の圧力のため針状体
45は静止したままであり、第２のプランジャセクション
12に追従できない。それによって通路41が開き、流れ抵
抗の小さな通路41を介して作動液が容易に第２のチャン
バ部分36に流れ、それにより軸方向面43への圧力でプラ
ンジャ形ピストン伸長体８を強制的にピストン２の上死
点へ高速で動かすことになる。

最後に図８はさらなる位置を示し、そこでは圧力ブー
スタ46のプランジャ65がばね72の力で最初の位置に強制
的に戻される。針状体45は図３の位置に強制的に戻さ
れ、両方の部材は、ピストン２とプランジャ形ピストン
伸長体８との次の膨張行程に備えて再び準備が完了され
る。

本発明は、例示のために図面に示して上に記載した実
施例には限定されず、その発明の範囲内で多様な方法で
変化してもよい。たとえば本発明は、１つの燃焼チャン
バの境界を成す２つの対向ピストンを備えた自由ピスト
ンエンジンに適用できる。さらに、圧力ブースタを、針
状体またはその近傍に一体化してもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポトゥマ、テオドルス ゲルハルドゥス オランダ国 2252 ファウペー フォー ルショテン ヴィレム ド ツヴィュゲ ルラーン 63 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 71/04 F01B 11/02 F02B 71/00 F02B 71/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ（１）と、このシリンダに配置さ
   れて燃焼室（３）の一方の側を制限するピストン（２）
   とを有し、このピストンは、燃焼室の容積が最大となる
   下死点から燃焼室の容積が最小となる上死点までの間で
   圧縮行程を行なうとともに、上死点から下死点までの間
   で膨張行程を行なうためにシリンダ内を往復運動し、か
   つこれら行程で流体加圧装置からのエネルギを受けると
   ともにこの流体加圧装置へエネルギを送り出すように構
   成され、ピストン（２）にプランジャ形ピストン伸長体
   （８）が設けられ、このプランジャ形ピストン伸長体
   （８）は、１つ以上の軸方向面（15、43）を含むととも
   に、流体に膨張エネルギを送り出しまた流体から圧縮エ
   ネルギを受けるための１つ以上の流体チャンバ（31、3
   5、36）内を動くように構成され、少なくとも１つの流
   体チャンバ（36）が、弁状装置（41、44、45）を含むプ
   ランジャ形ピストン伸長体（８）の自由端の軸方向面
   （43）と共働作用するように構成された、流体加圧装置
   を備えた自由ピストンエンジンであって、前記弁状装置
   に通路手段（41）が設けられ、この通路手段（41）は、
   プランジャ形ピストン伸長体（８）の自由端において軸
   方向面（43）を通って伸びるとともに、移動可能に支持
   された閉鎖部材（44、45）によって閉じられる弁座を有
   することを特徴とする流体加圧装置を備えた自由ピスト
   ンエンジン。
2. 【請求項２】シリンダ（１）と、このシリンダに配置さ
   れて燃焼室（３）の一方の側を制限するピストン（２）
   とを有し、このピストンは、燃焼室の容積が最大となる
   下死点から燃焼室の容積が最小となる上死点までの間で
   圧縮行程を行なうとともに、上死点から下死点までの間
   で膨張行程を行なうためにシリンダ内を往復運動し、こ
   れら行程で流体加圧装置からのエネルギを受けるととも
   にこの流体加圧装置へエネルギを送り出すように構成さ
   れ、ピストン（２）にプランジャ形ピストン伸長体
   （８）が設けられ、作動セクション（13）を有し、この
   作動セクション（13）は、プランジャ形ピストン伸長体
   （８）の第１の軸方向面（15）にて境界を成すとともに
   ピストン（２）が圧縮行程を行なうときに体積が減少す
   る空間（16）と、高圧アキュムレータ（17）への排出路
   手段（19、21）と、前記空間（16）に接続する供給タン
   ク（23）からの供給路手段（25、27）とを備え、さらに
   圧縮セクション（33）を有し、この圧縮セクション（3
   3）は、ピストン（２）の下死点で第２の軸方向面（4
   2）により閉じられる第１のチャンバ部分（35）と、第
   ３の軸方向面（43）にて境界を成す第２のチャンバ部分
   （36）とを備え、これら第２および第３の軸方向面（4
   2、43）は反対の方向を向くとともに、第２の軸方向面
   は第３の軸方向面よりも小面積に形成され、ピストン
   （２）の圧縮行程の開始時に第２のチャンバ部分（36）
   の体積は増加するとともに第１のチャンバ部分の体積は
   減少するように構成され、第１のチャンバ部分（35）
   は、第１の接続路手段（38）を介して圧縮圧力アキュム
   レータ（37）に直接接続され、第２のチャンバ部分（3
   6）は、逆止め弁（40）を備えた第２の接続路（39）を
   介して圧縮圧力アミュムレータに接続されるとともに、
   圧縮行程を開始するため圧力手段（37、50）に接続可能
   であり、その後に、第３の軸方向面（43）に圧力を及ぼ
   すために第１の接続路手段（38）が開くように構成され
   た、流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジンであっ
   て、プランジャ形ピストン伸長体（８）が、ピストン
   （２）の下死点において第１のチャンバ部分（35）から
   第２のチャンバ部分（36）まで伸びるように構成された
   通路手段（41）を備え、また弾性的に支持されて軸方向
   に移動可能に構成された閉鎖部材（45）が、第２のチャ
   ンバ部分（36）の中で伸び、第３の軸方向面（43）にお
   ける通路手段（41）の通路内に存在し、ピストン（２）
   の膨張行程の終了時に通路手段（41）を閉じ、かつ圧縮
   行程の開始時に通路手段（41）を開くように構成されて
   いることを特徴とする流体加圧装置を備えた自由ピスト
   ンエンジン。
3. 【請求項３】膨張行程の終了時にピストン（２）が跳ね
   返るときに閉鎖部材（45）がピストン（２）に追従して
   通路手段（41）を閉じ続けるが、圧縮行程の開始時には
   閉鎖部材（45）が通路手段（41）を開けるように、この
   閉鎖部材（45）に作用する手段を設けたことを特徴とす
   る請求項１または２に記載の流体加圧装置を備えた自由
   ピストンエンジン。
4. 【請求項４】前記手段が第３のチャンバ（46）を有し、
   閉鎖部材（45）に接続されたプランジャ部材（47）が前
   記第３のチャンバ（46）の中で軸方向に移動可能とさ
   れ、前記プランジャ部材（47）が第４の軸方向面を有
   し、この第４の軸方向面は、第３の軸方向面（43）とは
   反対方向に向いているとともに、圧力ブースタ（64）に
   接続する空間（48）の境界を成すように構成され、前記
   圧力ブースタ（64）は、膨張行程の終了時にピストン
   （２）が跳ね返ったときに空間（48）内の圧力が第２の
   チャンバ部分（36）内の圧力よりも低く、かつ圧縮行程
   の開始時に空間（48）内の圧力が第２のチャンバ部分
   （36）内の圧力よりも高くなるように制御されるように
   構成されていることを特徴とする請求項２および３記載
   の流体加圧装置を備えた自由ピストンエンジン。
5. 【請求項５】空間（48）と第２のチャンバ部分（36）と
   の間に接続路が設けられ、この接続路に圧力ブースタ
   （64）が設置され、この圧力ブースタ（64）が、膨張行
   程の終了時にピストン（２）が跳ね返るときに前記接続
   路を開放するプランジャ（65）を有し、このプランジャ
   （65）は、膨張行程の開始時には空間（48）を閉じるよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項４記載の流
   体加圧装置を備えた自由ピストンエンジン。